Правила по технике безопасности

1. Перед проведением лабораторных работ необходимо ознакомиться со схемой установки и самой установкой, обратив внимание на расположение выключателя и порядок включения и выключения установки.

2. Подачу напряжения к установке производить только после разрешения преподавателя.

3. Запрещается оставлять без надзора включенную установку.

4. Запрещается заходить за имеющиеся ограждения, протягивать руки на лицевую часть установки, облокачиваться на приборы.

5. В процессе выполнения работы необходимо строго выдерживать указанную в методической записке последовательность операций и заданные режимы.

6. Ознакомившись с правилами по технике безопасности, расписаться в журнале.

РАБОТА № 1

Определение газовой постоянной воздуха

цель работы

Усвоение и закрепление теоретического материала по теме технической термодинамики "Основные газовые процессы" и приобретение навыков экспериментирования и обработки опытных данных.

ЗАДАНИЕ

1. Изучить схему экспериментальной установки, включить ее и вывести на заданный стационарный тепловой режим.

2. Провести опыт, снимая показания приборов и занося их в таблицу наблюдений.

3. Определить опытные значения газовой постоянной воздуха для серии замеров.

4. Вычислить погрешность найденного среднего за опыт значения газовой постоянной воздуха по отношению к справочному.

5. Сделать вывод по работе.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для идеального газа при равновесном состоянии рабочего тела (массой М кг) с окружающей средой вид функции F (P, V, T) = 0 записывается в виде уравнения состояния

PV = MRT,

где P – удельное абсолютное давление воздуха, Па;

V – объем воздуха, м³ ;

M –масса воздуха в цилиндре, кг;

T – абсолютная температура воздуха, К;

R – газовая постоянная, Дж/(кг·К); численное значение R зависит от рода рабочего тела.

Из приведенного уравнения определяется опытное значение газовой постоянной воздуха R_оп , Дж/(кг·К). Справочное значение газовой постоянной R, Дж/(кг·К), принимается по таблице [4] или вычисляется по соотношению R=R_ /, где R_ - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К);  - молярная масса газа, кг/моль.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

10 9 8 7 4 3 2 1 6 5

Рисунок. Схема экспериментальной установки.

Экспериментальная установка (рисунок) состоит из цилиндра 1 с подвижным поршнем 2 и термостата 8. Исследуемая порция воздуха изотермически сжимается в цилиндре 1 поршнем 2 при вращении маховика 5. Для первоначального заполнения цилиндра воздухом служит вентиль 7. Вентиль 10 нужен для быстрого охлаждения воды в термостате в случае необходимости изменения температурного режима. Температурный режим опыта задается преподавателем, устанавливается и поддерживается с помощью контактного термометра 9. Для измерения объема воздуха V, м ³, используется шкала 6, а избыточного давления Р_м, Па, и температуры t, ^оС, - манометр 4 и термометр 3.

ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТА

1. Убедиться, что вентиль 7 открыт.

2. Установить поршень 2 в крайнее правое положение (170-180 делений шкалы), что осуществляется вращением маховика 5.

3. Включить установку в сеть. Контактный термометр 9 установить на заданную температуру t, ^оС. Включить нагреватель и мешалку термостата.

4. Убедившись в наступлении стационарного теплового режима (показания термометра 3 не изменяется во времени), записать показания приборов (V₁, P_м1, t) в таблицу наблюдений.

5. Закрыть вентиль 7. Вращение маховика 5 последовательно сжимать воздух в цилиндре на несколько делений шкалы 6 и записать показания приборов (V₂, P_м2, t и т.д.) в таблицу наблюдений. Выполнить 3 - 4 замера.

6. Открыть вентиль 7. Вернуть поршень 2 в первоначальное положение.

7. Контактный термометр 9 установить на новое значение температуры и повторить опыт согласно пунктам 4, 5, 6.

8. Подписать таблицу наблюдений у преподавателя.

9. Выключить установку.

Т а б л и ц а наблюдений

Номер замера	Барометрическое давление, Па	t, °C	V, м^3	Р, кгс /см^2
1
2
3

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1. Абсолютная температура воздуха в цилиндре Т, К:

Т = t + 273

2. Масса исследуемой порции воздуха в цилиндре при t = const M, кг:

M = V₁ · ,

где V₁ – начальный объем воздуха в цилиндре, м ³;

 – плотность воздуха в цилиндре, кг/м³; численное значение плотности воздуха при соответствующей температуре определяется по таблице физических свойств или формуле

 = 1,293 – 3,5·10^-3 t.

3. Абсолютное давление воздуха в цилиндре Р₁, Па, для серии замеров определяется по формулам и т.д.

Р₁ = В + Р_м1, Р₂ = В + Р_м2 и т. д.

4. Значение газовой постоянной воздуха R, Дж/(кг·К), определяется из уравнения состояния

R₁ = P₁V₁ / MT, R₂ = P₂V₂ / MT и т.д.

5. Среднее значение газовой постоянной воздуха, найденное опытным путем, R_оп, Дж/(кг·К),

R₁ + R₂ + … + R_n

R_оп = -----------------------

n

6. Относительная погрешность, %,

R_оп – R

Δ = ---------------100

R

Допустимое значение относительной погрешности ±10%.

7. Аналогичные расчеты проводятся для определения R_оп при других значениях температуры воздуха.

8. Вывод по работе.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ [1 - 3]

1. Рабочее тело. Идеальный и реальный газ.

2. Основные термические параметры состояния рабочего тела, их физический смысл и единицы измерения.

3. Уравнения состояния идеального газа для различного количества газа, их анализ.

4. Универсальная газовая постоянная. Ее физический смысл и численное значение. Газовая постоянная, ее определение.

5. Уравнение состояния реального газа, его анализ.

6. Уравнение состояния для газовой смеси, определение газовой постоянной смеси.

7. Термодинамический процесс ( равновесный, неравновесный, обратимый, необратимый ).

8. Основные газовые процессы, уравнения процессов Р = φ(V), графическое изображение процессов в P-V и T-S-координатах.

9. Работа и теплота процесса. Внутренняя энергия рабочего тела. Аналитическое выражение I-го закона термодинамики.

10. Работа расширения рабочего тела, работа сжатия. Графическое определение работы в P-V-координатах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Теплотехника / Под ред. А.П. Баскакова. М.: Энергоиздат, 1991.- 224 с.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1980.- 496 с.

3. Юдаева Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача . М.: Высшая школа, 1988.- 480 с.

4. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. М.: Машиностроение, 1973.- 344 с.

РАБОТА № 2